ADAMS的动平衡仿真分析,希望有用

变排量斜盘式汽车空调压缩机的 在MSC.ADAMS中的动平衡仿真分析

蒋祖华 王屹

(上海交通大学机械与动力工程学院)

摘 要：变排量斜盘式压缩机的斜盘倾角会随着汽车环境热负荷的变化而在一定范围变化，此外汽车行驶中发动机转速也是变化的，这使得压缩机的动不平衡量不断地改变。因而压缩机新产品的开发离不开数字样机的仿真分析，本文利用MSC.ADAMS动力学仿真软件建立了6Sxx变排量斜盘式汽车空调压缩机的力学仿真模型，在理论分析的基础上，仿真了6Sxx变排量压缩机的动平衡特性，分析了在低、中、高不同主轴转速下和多种斜盘摆角下的动不平衡量，并得出了一些规律性的结论，为产品开发提供了依据。

关键词：动平衡 变排量压缩机 仿真 MSC.ADAMS

1 前言

随着人们对汽车乘坐舒适性要求的提高，变排量空调压缩机逐渐成为汽车空调市场的主力。斜盘式压缩机在不同工况下可通过调节斜盘的倾角来改变气缸的排气量，使车内的环境温度基本不变。斜盘式压缩机结构简单、调节可靠，可达到较高的转速。但由于在不同的排气量下，斜盘不仅摆角发生了变化，且其在主轴的轴向位置也发生了变化，这使得压缩机的动不平衡量不再保持常量；不同转速下压缩机多个气缸往复运动的惯性力和力矩也不断变化，这些动不平衡量使压缩机产生振动，并会影响压缩机的平稳调压。 一方面变排量压缩机动平衡的理论分析比较复杂，例如斜盘的旋转惯性力矩因斜盘结构的复杂很难得出准确的数学表达式，往往要经过不少简化。另一方面都通过实验方法又有成本较高、实验结果不易分析的局限性。本文中通过理论分析再结合MSC.ADAMS动力学仿真软件的仿真对上海易处通用机器公司的6sxx六缸变排量压缩机的动平衡进行了研究，仿真了不同转速和斜盘摆角下的动不平衡量，有效的支持了变排量压缩机的结构设计和改进。

图1是6sxx变排量斜盘式压缩机的

结构示意图。压缩机的基本构件包括主轴、斜盘、驱动盘、活塞、滑履、驱动臂和气缸体，其中斜盘和主轴间是不固定的，六个活塞均布在斜盘的一侧。当压缩机的吸、排气压力发生变化后，压缩机的控制阀调节斜盘腔内的气压使斜盘的摆角变化，从而使活塞的位移发生变化达到改变压缩机排气量的目的。

图1 6sxx变排量压缩机结构示意图

ADAMS的动平衡仿真分析,希望有用

2.1 压缩机活塞的惯性力和力矩 压缩机的动不平衡量由两部分组成，一部分是六个活塞在气缸内往复运动时产生的惯性力和力矩；另一部分是压缩机回转运动部件，主要包括斜盘和配重的回转离心惯性力矩。对于6sxx压缩机，斜盘的几何外形相当复杂不是规则的几何形状，所以用数学表达式准确的分析它的回转离心力矩是比较困难的。对于均布的活塞，尽管同一时刻每个活塞的惯性力和力矩不同，但从整体上分析，所有活塞往复运动产生的合惯性力和合力矩是有规律性的。活塞惯性力和力矩分析中的坐标系设定：OZ轴与压缩机的主轴中心线重合，方向向左

；OY轴垂直于主轴中心线，正向向上；OX轴水平向，整个坐标系符合右手螺旋定则。 任意N列活塞的总往复惯性力：

N N 360°[1]2

] （2－1） Fg=∑Fgi=m R ω tgα ∑cos[θ (i 1)Ni=1i=1

ω：主轴的角速度

α：斜盘的倾角 N：活塞的列数 θ：主轴的转角 对于6sxx变排量压缩机，往复惯性力不仅随主轴的转速而变且随斜盘倾角不同而变化。 通过对2－1式的分析可以发现：除了仅有一列活塞时往复惯性力不为零外，当活塞列数为两列和两列以上时，只要活塞是均布的，则活塞的总往复惯性力等于零。 任意N列活塞的总往复惯性力矩：

m：单列活塞的质量

R：活塞的分布圆半径

NN 2π2π22π2π22

M=∑Fgi r=mRωtgα∑sin[(i 1)cos[θ (i 1)+{∑cos[(i 1)cos[θ (i 1)2

NNNNi=1i=1i=1

N

（2－2）

总往复惯性力矩在YOZ平面内的分量：

MX=mRωtgα∑cos[(i 1)

2

2

i=1

N

2π2π

]cos[θ (i 1)] NN

（2－3）

总往复惯性力矩在XOZ平面内的分量：

MY=mRωtgα∑sin[(i 1)

2

2

i=1

N

2π2π]cos[θ (i 1)] NN

（2－4）

总往复惯性力矩的X向分量使压缩机在YOZ平面有倾覆的趋势，引起扭转振动；总往复

惯性力矩的Y向分量使压缩机在XOZ平面受倾覆力矩，有倾覆趋势。活塞的总往复惯性力矩不会在压缩机的主轴向产生扭转振动

压缩机的回转惯性力矩是指斜盘及与斜盘装配在一起的配重装置，由于斜盘不与主轴轴线成垂直而使分布在不同轴向平面内的偏心质量产生的离心惯性力所形成的惯性力矩。它们随着斜盘倾角和主轴转速的增加而增大。因斜盘和配重结构的复杂，故回转惯性力矩难以用准确的数学表达式描述。

2.2 活塞总往复惯性力的理论证明 活塞的总往复惯性力规律可通过计算来验证，但仅仅通过枚举法验证是不严密的，而一些涉及此内容的文献也没能给出严密的理论证明。本文使用一种巧妙且简单的方法给予了严格的证明。

N N 360°2

当N≥2时，求证：Fg=∑Fgi=m R ω tgα ∑cos[θ (i 1)]=0

Ni=1i=1

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